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高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料是有機(jī)光電器件的核心組成部分，是有機(jī)光電器件應(yīng)用的基礎(chǔ)。近期，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)功能分子合成與組裝化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李洪祥課題組在新型高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料方面取得了系列進(jìn)展。

針對(duì)目前高性能n-型有機(jī)半導(dǎo)體缺乏的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)，李洪祥課題組在前期噻吩醌式n-型有機(jī)半導(dǎo)體研究的基礎(chǔ)上（Chem. Mater. 2011, 23, 1204; Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 2277; Chem. Mater. 2014, 26, 5782），在噻吩醌式分子中引入呋喃結(jié)構(gòu)單元，首次合成了呋喃-噻吩醌式n-型有機(jī)半導(dǎo)體分子。該化合物顯示了高的電子遷移率，其溶液法制備的晶體管器件遷移率高達(dá)7.7 cm2/Vs。單晶結(jié)構(gòu)和薄膜XRD結(jié)果顯示呋喃-噻吩醌式分子在薄膜中呈面對(duì)面（face-to-face）的π-π堆積，且π-π堆積的方向與載流子傳輸方向一致。上述結(jié)果表明呋喃-噻吩醌式分子是一類優(yōu)異的高性能n-型有機(jī)半導(dǎo)體（Advanced Materials, 2016, 28,5949）。

圖1. 呋喃-噻吩醌式分子的結(jié)構(gòu)式及其在器件中的堆積結(jié)構(gòu)。

給-受體共軛聚合物是一類重要的聚合物半導(dǎo)體。優(yōu)異受體結(jié)構(gòu)單元的缺乏是制約新型高性能給-受體聚合物半導(dǎo)體發(fā)展的瓶頸之一。李洪祥課題組在前期高性能噻吩酰亞胺聚合物半導(dǎo)體工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)合成了系列雙噻吩酰亞胺聚合物。電化學(xué)和吸收光譜顯示這些聚合物在有機(jī)晶體管和有機(jī)太陽能電池方面具有潛在的應(yīng)用。通過溶液方法構(gòu)筑的薄膜晶體管測(cè)試表明，其薄膜器件呈現(xiàn)高性能的雙極性載流子傳輸特性，其最高電子/空穴遷移率達(dá)1.02/ 0.33 cm2/Vs。基于ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC71BM/Ca/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池表征顯示，雙噻吩酰亞胺聚合物電池具有高的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率，其開路電壓約為1.0 V，電池的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)6.46 %。上述結(jié)果表明雙噻吩酰亞胺是一類優(yōu)異的多功能受體結(jié)構(gòu)單元（Adv. Funct. Mater. 2016, DOI:10.1002/adfm.201604286）。

圖2. 雙噻吩酰亞胺聚合物的結(jié)構(gòu)式及其晶體管器件轉(zhuǎn)移曲線和太陽能電池I-V曲線。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的資助。

原文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201604286/pdf